简单讲解一下UART通信协议，以及UART能够实现的一些功能，还有有关使用STM32CubeMX来配置芯片的一些操作。实验内容基于正点原子精英板开发板，单片机芯片为STM32F103ZET6。 在后面我会以我使用的STM32F429开发板来举例讲解（其他STM32系列芯片大多数都可以按照这些步骤来操作的），如有不足请多多指教。

嵌入式开发中，UART串口通信协议是我们常用的通信协议（UART、I2C、SPI等）之一，全称叫做通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，它能将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。 类似的，USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter通用同步异步收发器）串口的，USART相当于UART的升级版，USART支持同步模式，因此USART 需要同步始终信号USART_CK（如STM32 单片机），通常情况同步信号很少使用，因此一般的单片机UART和USART使用方式是一样的，都使用异步模式。因为USART的使用方法上跟UART基本相同，所以在此就以UART来讲该通信协议了。

接口通过三个引脚从外部连接到其它设备。任何 USART 双向通信均需要 至少两个引脚：接收数据输入引脚 (RX) 和发送数据引脚输出 (TX)： 　　RX：接收数据输入引脚就是串行数据输入引脚。过采样技术可区分有效输入数据和噪声，从而用于恢复数据。 　　TX：发送数据输出引脚。如果关闭发送器，该输出引脚模式由其 I/O 端口配置决定。如果使 能了发送器但没有待发送的数据，则 TX 引脚处于高电平。在单线和智能卡模式下，该 I/O 用于发送和接收数据（USART 电平下，随后在 SW_RX 上接收数据）。

发送逻辑对从发送FIFO 读取的数据执行“并→串”转换。控制逻辑输出起始位在先的串行位流，并且根据控制寄存器中已编程的配置，后面紧跟着数据位（注意：最低位 LSB 先输出）、奇偶校验位和停止位。 在检测到一个有效的起始脉冲后，接收逻辑对接收到的位流执行“串→并”转换。此外还会对溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和线中止（line-break）错误进行检测，并将检测到的状态附加到被写入接收FIFO 的数据中。

波特率除数（baud-rate divisor）是一个22 位数，它由16 位整数和6 位小数组成。波特率发生器使用这两个值组成的数字来决定位周期。通过带有小数波特率的除法器，在足够高的系统时钟速率下，UART 可以产生所有标准的波特率，而误差很小。

发送时，数据被写入发送FIFO。如果UART 被使能，则会按照预先设置好的参数（波特率、数据位、停止位、校验位等）开始发送数据，一直到发送FIFO 中没有数据。一旦向发送FIFO 写数据（如果FIFO 未空），UART 的忙标志位BUSY 就有效，并且在发送数据期间一直保持有效。BUSY 位仅在发送FIFO 为空，且已从移位寄存器发送最后一个字符，包括停止位时才变无效。即 UART 不再使能，它也可以指示忙状态。

在UART 接收器空闲时，如果数据输入变成“低电平”，即接收到了起始位，则接收计数器开始运行，并且数据在Baud16 的第8 个周期被采样。如果Rx 在Baud16 的第8 周期仍然为低电平，则起始位有效，否则会被认为是错误的起始位并将其忽略。 　　 如果起始位有效，则根据数据字符被编程的长度，在 Baud16 的每第 16 个周期（即一个位周期之后）对连续的数据位进行采样。如果奇偶校验模式使能，则还会检测奇偶校验位。

最后，如果Rx 为高电平，则有效的停止位被确认，否则发生帧错误。当接收到一个完整的字符时，将数据存放在接收FIFO 中。

出现以下情况时，可使UART 产生中断：

FIFO 是“First-In First-Out”的缩写，意为“先进先出”，是一种常见的队列操作。 Stellaris 系列ARM 的UART 模块包含有2 个16 字节的FIFO：一个用于发送，另一个用于接收。可以将两个FIFO 分别配置为以不同深度触发中断。可供选择的配置包括：1/8、 1/4、1/2、3/4 和7/8 深度。例如，如果接收FIFO 选择1/4，则在UART 接收到4 个数据时产生接收中断。 　 发送FIFO的基本工作过程： 只要有数据填充到发送FIFO 里，就会立即启动发送过程。由于发送本身是个相对缓慢的过程，因此在发送的同时其它需要发送的数据还可以继续填充到发送 FIFO 里。当发送 FIFO 被填满时就不能再继续填充了，否则会造成数据丢失，此时只能等待。这个等待并不会很久，以9600 的波特率为例，等待出现一个空位的时间在1ms 上下。发送 FIFO 会按照填入数据的先后顺序把数据一个个发送出去，直到发送 FIFO 全空时为止。已发送完毕的数据会被自动清除，在发送FIFO 里同时会多出一个空位。

接收FIFO的基本工作过程： 当硬件逻辑接收到数据时，就会往接收FIFO 里填充接收到的数据。程序应当及时取走这些数据，数据被取走也是在接收FIFO 里被自动删除的过程，因此在接收 FIFO 里同时会多出一个空位。如果在接收 FIFO 里的数据未被及时取走而造成接收FIFO 已满，则以后再接收到数据时因无空位可以填充而造成数据丢失。

收发FIFO 主要是为了解决UART 收发中断过于频繁而导致CPU 效率不高的问题而引入的。在进行 UART 通信时，中断方式比轮询方式要简便且效率高。但是，如果没有收发 FIFO，则每收发一个数据都要中断处理一次，效率仍然不够高。如果有了收发FIFO，则可以在连续收发若干个数据（可多至14 个）后才产生一次中断然后一并处理，这就大大提高了收发效率。

完全不必要担心FIFO 机制可能带来的数据丢失或得不到及时处理的问题，因为它已经帮你想到了收发过程中存在的任何问题，只要在初始化配置UART 后，就可以放心收发了， FIFO 和中断例程会自动搞定一切。

UART 可以进入一个内部回环（Loopback）模式，用于诊断或调试。在回环模式下，从Tx 上发送的数据将被Rx 输入端接收。

正常创建工程，启用USART1，相关设置如下：

CubeMX生成的UART初始化代码（在usart.c中）

HAL_UART_Transmit（在stm32f4xx_hal_uart.c中），该函数能够通过huart串口发送Size位pData数据。 参数说明：

在main主函数中定义一个数组：

在main主函数中的while循环中调用HAL库UART发送函数：

整体的main函数如下：

通过编译下载，可在串口助手中显示发送的数据：

前面的发送方式，不仅要传入句柄参数，还有数组、长度、超时时间参数。

为了简便发送，我们可以专门写一个字符串发送函数，可以直接传入一个数组即可发送，可以更简便地实现字符串发送。

优点是，发送数据更简便，能够一次性发送很长的数据数组。

但缺点就是不能控制发送的长度，会将整个数据数组发出。

在Uart.c中添加vUser_UART_SendString函数

在Uart.h中声明一下vUser_UART_SendString函数（声明后就可以在别的地方调用该函数）

在main主函数中定义一个数组

在main主函数的while循环中调用字符串发送函数

整个main函数如下：

编译下载后在串口助手中显示如下： 这种发送方式就是相当于编写c语言的时候，在小黑框中打印自己想要打印的东西；通过printf发送，我们也可以在串口助手上实现一样的功能。

UART接收在原本配置CubeMx的基础上，添加一些UART的中断配置来实现中断接收操作。

使能串口中断 设置中断优先级（如果没开启其他中断，那就默认即可，直接跳过） 重新生成代码

当USART1发生中断事件时，程序会进行该函数，所以我们会在这个函数编写好程序，来处理我们的中断事件。

该函数能够通过huart串口发送Size位pData数据。 参数说明：

1）在main主函数中定义一个变量，负责接收数据

2）在main主函数while循环中调用HAL库UART接收函数

整个main函数如下：

3）编译、下载烧写后实现效果如下 这种接收方式是直接在main函数里的while循环里不断接收，会严重占用程序的进程，且接收较长的数据时，会发生接收错误，如下：

1）在HAL_UART_MspInit（在usart.c中）使能接收中断

整个HAL_UART_MspInit函数如下：

2）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）定义一个变量，负责接收数据

3）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）调用HAL库的UART接收函数以及发送函数

整个USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）函数如下：

4）编译、下载烧写实现效果如下 相对于前面的直接接收方式，该中断接收方式就显得特别人性化了，在没有什么特别事件的时候，单片机会按照原本的程序运行着，等到有数据从UART串口发送过来时，会马上进入UART串口的中断处理函数中，完成相应的中断处理操作，完成后会退出中断函数，并继续原本在进行的程序，这样就不会占用单片机程序太多的进程了。

但仍会发生前面直接接收方式的接收异常状况，主要原因是，在中断处理函数中，我们在接收了数据后并紧接着作出发送的操作，这会出现一个状况，还没来得及将上一次接收到的数据发送出去，就进入下一次接收的中断，然而导致失去了一些数据了。

这种接收方式，是在方式2的基础上稍作改进的，较于前两种接收方式，是更好的一种接收方式，不会给原本的程序进程造成太大影响。还可以先接收全部数据（提示：通过定义一个较大的数组来存储），再将数据进行处理，这样能确保接收数据的完整性，并能将数据进行有效的处理、分析。

既然这种方式明显会好一点，那为什么一开始不用这个方式呢？因为通过前面两种方法，可以更容易明白UART接收的操作。

而这次就只要在方式2的基础上作出一些简单的修改就可以了。

1）在HAL_UART_MspInit（在usart.c中）使能接收中断（与方式2相同）

整个HAL_UART_MspInit（在usart.c中）函数如下：

2）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）定义三个静态变量

3）在USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）调用HAL库的UART接收函数以及发送函数

注： 　　如下的第2、3步都可以根据自身要求进行改进。

第2步：判断接收结束条件，这个可以根据自己想要接收何种类型的数据而定。

第3步：数据处理，大家可以在这一步执行自己想要对数据做的一些操作，我这里只是将接收到的数据重新发送出去而已。

整个USART1_IRQHandler（在stm32f4xx_it.c中）函数如下：

4）编译、下载烧写后实现效果如下 除了上面的方法，还有DMA接收方法没介绍。